構建出人類肝臟的完整細胞圖譜，鑒定出新的肝細胞亞型

肝臟是人體**、功能最廣泛的器官之一。它將我們食物中的糖、蛋白和脂肪轉化為對身體有用的物質，并將它們釋放到細胞中。肝臟除了在人體新陳代謝中發(fā)揮作用外，還是一種免疫器官，對血液的排毒是必不可少的。最引人注目的是，當僅為原始質量的25%時，肝臟是**能夠恢復到原來大小的內臟器官。

肝病是世界上**的健康問題之一，也是死亡的主要原因。在德國，至少有500萬患者患有脂肪肝、肝癌或肝炎。盡管肝臟對人類健康具有極大的重要性，但是健康和患病組織中肝細胞類型的多樣性以及相關的分子和細胞過程尚未得到充分研究。

如今，在一項新的研究中，來自德國弗賴堡大學、馬克斯普朗克免疫生物學與表觀遺傳學研究所和法國斯特拉斯堡大學的研究人員提供了人類肝臟組織的完整細胞圖譜。通過使用所謂的單細胞RNA測序技術，馬克斯普朗克免疫生物學與表觀遺傳學研究所的Dominic Grün團隊與斯特拉斯堡大學的Thomas F. Baumert團隊成功地構建出健康人肝臟中細胞群體的詳細圖譜。基于對來自9名人類供者的1萬個細胞的分析，這種細胞圖譜顯示了所有重要的肝細胞類型，包括肝實質細胞（hepatocyte，肝臟中的主要代謝細胞）、血管內皮細胞、肝臟駐留巨噬細胞和其他的免疫細胞類型，以及膽管細胞和肝上皮祖細胞。利用這些數據，人們可以以前所未有的分辨率捕獲細胞類型和細胞狀態(tài)的多樣性，并了解它們在發(fā)育過程中或疾病進展過程中如何發(fā)生變化。相關研究結果于2019年7月10日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors”。

細胞指紋

這些研究人員還在所謂的相同細胞類型的個體細胞中發(fā)現了驚人的多樣性。他們發(fā)現了肝實質細胞、血管內皮細胞和巨噬細胞的新亞型：盡管它們的形態(tài)外觀幾乎沒有差異，但是它們具有不同的基因表達譜。這些發(fā)現是由于實驗和計算單細胞分析方法取得的重大進展而得以實現的，這些方法能夠在高分辨率下檢測細胞。

在單細胞RNA測序中，將待研究的器官組織解離成單個細胞；然后將這些細胞分離并分別測序。這種測序用于確定每個基因產生的多少個mRNA分子存在于細胞中。Grün解釋道，“mRNA將儲存在DNA中的藍圖傳送到蛋白制造工廠中。通過測量細胞在某個時間點中存在哪些RNA分子，我們能夠鑒定出哪些基因是有活性的。這為我們提供了一種指紋來讓我們全面了解每個細胞的本質。這能夠讓我們理解細胞執(zhí)行哪些功能，它如何受到調節(jié)，以及當疾病發(fā)生時會發(fā)生什么。”

以這種方式獲得的數據不僅極其廣泛，而且非常復雜，這是因為必須同時定量確定和解釋數千個細胞中數千個基因產生的RNA分子。近年來，Grün開發(fā)了量身定制的算法，這有助于他和他的團隊分析這些不同的細胞類型并了解它們的發(fā)育途徑。

鑒定出肝細胞的祖細胞

利用這些細胞指紋，Grün團隊還鑒定出一個膽管細胞亞群的之前未知的特性。膽道貫穿整個肝臟，將膽汁輸送到膽囊。論文**作者Nadim Aizarani解釋道，“我們的數據顯示這個罕見亞群中的細胞是前體細胞或祖細胞。它們不僅能夠形成類器官（即干細胞的一種顯著特征），而且還有潛力分化為不同的細胞類型。”當在培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，這些祖細胞要么分化成肝實質細胞，要么分化為膽管細胞。Grün團隊確信這種祖細胞群體在肝臟再生中起著重要作用，并且還可能參與肝臟疾病或腫瘤的產生。

癌癥患者的重要參考數據

因此，細胞圖譜和單細胞RNA測序方法在癌癥治療中具有巨大的潛力。當前分析患病組織（比如腫瘤組織）的方法僅提供了整個組織樣本中的活性基因水平的平均值，因此僅提供了腫瘤分子譜的平均值。Grün 解釋道，“稀有細胞類型甚至單個細胞的貢獻在這個平均值中都會丟失。不過，可能恰恰是這些少量的細胞決定著組織是否保持健康或發(fā)生癌變。”

但是，另一方面，單細胞測序捕獲待檢樣品中每個健康或患病細胞的分子特征。通過與健康組織的參考數據進行比較，科學家們能夠靶向腫瘤細胞的致病性分子特性，并且可能有助于在未來開發(fā)出改進的治療方案。

這些研究人員在他們的最新研究中證實這種針對人類肝臟的細胞圖譜將成為肝癌研究的重要參考數據庫。他們將來自這種細胞圖譜的健康組織數據與來自肝細胞癌（最常見的原發(fā)性肝癌形式）的細胞進行了比較。通過這種比較，他們得出一些結論，比如鑒定出新的腫瘤細胞標志物，以及腫瘤中不同細胞類型的基因活性擾動模式。Grün說道，“我認為利用單細胞測序研究癌癥將有助于進一步提高診斷水平，最終進一步改善腫瘤治療。在未來，我們將不只是能夠發(fā)現腫瘤中不同細胞類型之間可能存在的相互作用。隨著疾病的進展，還可以觀察到這些相互作用。”

這些研究人員相信，他們構建出的人類肝臟的細胞圖譜和開發(fā)出的方法已在生物醫(yī)學中奠定了重要的基礎，這將在分子水平上推進對肝病的研究和理解，從而可能在未來開發(fā)出新的肝病治療策略。